충전

충전이란, 외부 에너지를 이용해 배터리 내부의 화학 반응을 역으로 진행시켜 리튬이온과 전자를 음극에 저장하는 과정을 말합니다. 배터리를 충전할 때 전압을 가하면 양극에 있는 리튬이온과 전자가 음극으로 이동합니다. 이때 리튬이온은 전해질을 통해, 전자는 외부 도선을 통해 이동하여 음극에 저장됩니다.

배터리에서의 전자의 이동은 산화, 환원 반응을 통해 설명됩니다. 전자를 잃을 때에는 ‘산화’, 전자를 얻을 때에는 ‘환원’입니다. 배터리를 충전할 때 양극에서는 전자를 잃기 때문에 산화, 음극에서는 전자를 얻는 것이기 때문에 환원이 일어납니다.

방전

방전이란, 배터리 내부의 화학 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 과정을 말합니다. 방전은 자발적인 반응이며, 이 과정에서 충전을 통해 음극에 저장되었던 리튬이온과 전자가 양극으로 방출됩니다. 충전 과정과 동일하게 리튬이온은 전해질을 통해, 전자는 외부 도선을 통해 양극으로 이동합니다. 이때 전자의 이동으로 전류가 흐르게 되고, 그 전류는 기기를 작동 시키는 등의 용도로 사용됩니다.

배터리에서의 전자의 이동은 산화, 환원 반응을 통해 설명됩니다. 전자를 잃을 때에는 ‘산화’, 전자를 얻을 때에는 ‘환원’입니다. 배터리를 방전할 때 양극에서는 전자를 얻기 때문에 환원, 음극에서는 전자를 잃는 것이기 때문에 산화가 일어납니다.

급속 충전

급속 충전이란, 말 그대로 단위 시간 동안 빠른 속도로 배터리를 충전하는 것을 의미합니다. 급속 충전은 높은 전류나 전압을 사용하는 충전기로 속도를 높여 충전하는 방식입니다. 배터리 내부 구조가 이를 잘 처리할 수 있도록 설계되는 것이 선행되어야 합니다.

급속 충전은 일반 충방전보다 열이 더 많이 발생합니다. 충방전 시 배터리 내부의 화학적 반응을 통해 전기 에너지가 생겨나는데, 그중 일부가 열에너지로 변환됩니다. 급속 충전의 경우, 이러한 반응 과정이 더욱 빨라지기 때문에 열에너지가 더 많이 나오는 경향이 있습니다. 과열은 배터리 성능이 저하되는 주요 원인이기 때문에 삼성SDI는 효율적인 충전 기술을 개발하고 있습니다.

CC/CV

CC와 CV는 배터리를 충방전하는 과정에서 사용되는 조건입니다. 충전할 때의 상황을 기준으로 설명하겠습니다. CC(Constant Current) 조건이란, 일정한 전류를 유지하며 배터리를 충전하는 방법입니다. 배터리의 상한 전압에 도달할 때까지 계속해서 같은 세기의 전류가 공급되며, 일정한 양의 리튬이온과 전자가 이동합니다.

CV(Constant Voltage) 조건이란, 일정한 전압을 유지하며 배터리를 충전하는 방법입니다. CV 조건에서는 전류의 세기를 다르게 할 수 있습니다. 일반적으로 CV 조건은 배터리의 최종 충전 단계에서 배터리가 완전히 충전될 때까지 지속적으로 전류를 넣어주기 위해 사용되는 방법입니다. 따라서 CC 조건으로 충전한 후에 CV 조건으로 바꾼다면, 배터리의 용량을 100% 활용하여 충전할 수 있습니다.

컵에 물을 채우는 것에 비유해 보겠습니다. 컵에 물을 채우기 위해 일정한 양의 물을 붓는 것이 CC 충전이라고 생각하면 됩니다. 하지만 물이 바깥으로 튀는 등 여러 가지 이유로 컵이 완벽하게 차지 않을 수 있는데, 컵이 100% 찰 때까지 남은 부분을 채우기 위해 양을 조절해가며 물을 넣어주는 것을 CV 충전이라고 생각하면 됩니다.